amolf news is een uitgave van het nwo-instituut amolf • Juli …...toonaangevend fundamenteel onderzoek aan de fysica van natuurlijke en niet-natuurlijke complexe materie en het

amolf news is een uitgave van het nwo-instituut amolf • Juli 2020

interviewPieter Rein ten Wolde:

“Kan een cel de toekomst voorspellen?”

HiGHLiGHtHet bijzondere effect van een foutje

Physicaprijs 2020 voor Martin van Hecke

INTERVIEWCreatieve wetenschap en olijfolie

2 • AMOLF NeWS • JULI 2020

Inhoud INTERVIEWS 6 De glazen bol van levende cellen

eRC Advanced Grant voor

Pieter Rein ten Wolde

12 Creatieve wetenschap volgens

Said Rodriguez

16 AMOLF in covid-19 tijden

20 Twee cum laude promoties

HIGHLIGHTS 10 Het bijzondere effect van een foutje

18 Het evolutionaire nut van mobiliteit

NIEUWS 4 Bela Mulder bijzonder hoogleraar

in Utrecht

5 Organoiden-project gehonoreerd

9 HTSM financiering voor

AMOLF groepsleiders

23 Physicaprijs 2020 voor

Martin van Hecke

VERDER 14 Publicaties uitgelicht

24 Proefschriften

Foto

: Mar

k Kn

ight

Foto

: Pet

ra V

aste

nhou

w

amolf in het kort AMOLF richt zich op het initiëren en uitvoeren van toonaangevend fundamenteel onderzoek aan de fysica van natuurlijke en niet-natuurlijke complexe materie en het maken van nieuwe functionele materialen, in samenwerking met universiteiten en industrie. Deze kennis draagt bij aan het oplossen van maatschappelijke vraagstukken op het gebied van energie, groene ICT en gezondheidszorg.

Op AMOLF werken circa 130 wetenschappers in 17 onderzoeksgroepen. Daarnaast kent het instituut 70 medewerkers in technische en administratieve ondersteunende afdelingen. Het instituut is geves-tigd in het Amsterdam Science Park.

AMOLF is onderdeel van de institutenorganisatie van NWO.•

We beleven historische tijden. Op vrijdag 13 maart 2020 is AMOLF samen met de rest van Nederland in een intelligente lockdown gegaan vanwege het coronavirus. We waren een van de weinige instituten die ervoor hebben gekozen om niet helemaal dicht te gaan, en kritische experimenten en processen zoveel mogelijk door te laten lopen. Dat bleek gelukkig mogelijk, dankzij de geweldige inzet en betrokkenheid van onze bedrijfshulpverleners onder de bezielende leiding van Ilja Stavenuiter. Dat maakte het ook makkelijker om vanaf juni weer op te gaan bouwen, het aantal mensen op AMOLF kan nu gelukkig weer gecontroleerd toenemen.

De coronacrisis heeft grote impact op ons allemaal. Veel studenten, promovendi en postdocs lopen vertraging op in hun onderzoek. We gaan ons best doen dat zo goed mogelijk op te lossen. Daarnaast zijn er medewerkers die psychische problemen ondervonden, en medewerkers die door het coronavirus behoorlijk ziek zijn geweest.

Ondanks de crisis staat deze NeWS toch weer vol met prachtige onderzoeksresultaten. Zo kunt u lezen over het gebruik van foutjes in materialen om een bijzondere functie te creëren, het gebruik van olijfolie als niet-lineair optisch medium en hoe bacteriën elkaar weten te overleven. Ik ben trots op de cum laude promoties van Moritz Futscher en Federica Burla. en ook ben ik heel blij met de eRC Advanced Grant van Pieter Rein ten Wolde, hij vertelt zeer boeiend over zijn onderzoeksvoorstel.

In deze NeWS is gelukkig weinig van het coronavirus te merken. Toch is het voor iedereen zeer aanwezig. een heel concrete zorg is de sociale interactie, binnen groepen, afdelingen en misschien nog wel het meest tussen de verschillende groepen en afdelingen. Het informele, vriendelijke contact wat zo typisch is voor AMOLF missen we, en dat is niet goed voor ons instituut. In de komende maanden gaan we ons uiterste best doen om daar weer zo goed mogelijk invulling aan te geven, rekening houdend met de nog steeds geldende beperkingen. Ik hoop dat deze binnen niet al te lange tijd zullen verdwijnen en dat we weer als vanouds met zijn allen om 10.45 uur in de kantine zitten om koffie te drinken!

Ik wens u bijzonder veel leesplezier, en een hele mooie zomer in goede gezondheid!

Huib BakkerDirecteur AMOLF

Voorwoord

AMOLF NeWS • JULI 2020 • 3

AMOLF NEWS

AMOLF NeWS verschijnt twee

keer per jaar en is bedoeld

voor collega’s, samenwerkings-

partners, beleidsmakers en

alumni van AMOLF.

Indien u dit magazine niet langer

wenst te ontvangen dan kunt

u ons dit melden via e-mail:

[email protected] of via telefoon-

nummer 020-7547100. Uw

gegevens zullen dan worden

verwijderd van de betreffende

lijst van relaties aan wie wij twee

maal per jaar NeWS versturen.

COLOFON

Redactie:

erny Lammers,

Petra Vastenhouw,

Anita van Stel

Vormgeving:

Petra Klerkx,

Amsterdam

Foto cover:

Lukas Helmbrecht

Afbeelding cover:

Henk-Jan Boluijt

Druk:

Drukkerij Badoux,

Houten

Correspondentieadres:

Postbus 41883

1009 DB Amsterdam

e-mail: [email protected]

Telefoon: +31 (0)20 75 47 100

Op DE cOVER In een optische trilholte met een enkele drup olijfolie laat licht faseovergangen zien die gelijk zijn

aan die van kokend water. Het systeem dat de onderzoekers van de Interacting Photons groep

bestudeerden heeft geheugen omdat de olie de fotonen met elkaar laat wisselwerken.

Door de afstand tussen de twee spiegels te variëren en de transmissie van licht te meten ontdekten ze

een universele wet die faseovergangen in systemen met geheugen beschrijft. Lees meer op pagina 12.

Oplosmiddelvrije chemische reacties

Het project Solvent-free Chemistry van groepsleider Wim Noorduin is een van de gehonoreerde projecten in de Open Competitie eNW-XS van het NWO- domein exacte en Natuurwetenschap-pen (eNW). eNW-XS is een nieuw onderdeel binnen de Open Competitie. In deze competitie gaat het om nieuws-gierigheidsgedreven, avontuurlijk onderzoek en het snel kunnen schake-len bij een veelbelovend idee. De maximale financiering is 50.000 euro per project.

Chemische reacties zonder oplosmidde-len zijn goed voor het milieu. Noorduin gaat uitzoeken hoe hij 3D-printtech-nologie kan gebruiken om chemische reacties zonder oplosmiddelen uit te voeren. Hij zal hiervoor een nieuwe printer ontwikkelen waarbij chemische reacties plaatsvinden in een zogenaam-de ‘smelt’ (het gesmolten mengsel van chemicaliën zonder oplosmiddel) en het gewenste product vervolgens rechtstreeks uit de printer rolt.•

Organoïde-project gehonoreerdHet project Organoids in time is een van de twintig nieuwe consortiaprogramma’s die gehonoreerd zijn in de Open Competitie ENW - Groot van NWO. De financiering bedraagt in totaal 2,5 miljoen euro.

AMOLF-groepsleider Jeroen van Zon (tevens projectleider) werkt in het project samen met Hans Clevers (Hubrecht Instituut), Jacco van Rheenen (NKI), Hugo Snippert (UMCU), Sander Tans (AMOLF) en Pieter Rein ten Wolde (AMOLF).

NIEUWS NIEUWS


Foto

: AM

OLF

Net als iedereen zat Bruno ehrler medio maart ineens gedwongen thuis. Met het ingaan van de corona lockdown kwam er een abrupt einde aan de congressen die zo belangrijk zijn voor de kennisuitwis-seling met andere wetenschappers. een Spaanse collega-onderzoeker wees ehrler op de mogelijkheid om online een congres te organiseren via zijn organi-satie NanoGe. ehrler besloot daarop het wetenschappelijke programma van het eerste online congres van NanoGe te ver-zorgen. Terwijl offline congressen vaak maanden vooruit gepland worden, was

de organisatie nu binnen twee weken klaar. Veel vooraanstaande onderzoekers hadden immers tijd, want ze zaten toch thuis, en er hoefde geen vervoer, accom-modatie en catering geregeld te worden. Het congres Origins of Electronic Defects in Halide Perovskites werd gehouden op 2 april met 336 deelnemers uit veertig landen. ehrler zegt dat vooral de actieve participatie erg opvallend was.

De huidige stroom aan online bijeen-komsten is een direct gevolg van de wereldwijde covid-19 maatregelen.

ehrler vindt dat het systeem ook om andere redenen aan verandering toe is. De hoge CO2 uitstoot van het reizen van en naar congressen valt bijvoorbeeld niet te rijmen met de duurzaamheids- ambities van onderzoekers, en het vele reizen verstoort ook de balans tussen werk en privé. Hij schreef er met collega’s het artikel Online Meetings in Times of Global Crisis: Toward Sustainable Conferencing over, dat gepubliceerd werd in het vakblad ACS Energy Letters. Het artikel is gratis te lezen op de website van ACS.•

Snel schakelen naar online

Bela Mulder bijzonder hoogleraar in Utrecht


Ook het Weekend van de

Wetenschap heeft alle activiteiten

voor 2020 afgelast.

In verband met de

covid-19 uitbraak gaat de

Open dag op het Amsterdam Science Park

niet door. Dit jaar dus helaas geen workshops, lezingen en

demonstraties bij AMOLF.

AMOLF-groepsleider Bela Mulder is per 1 januari benoemd tot bijzonder hoogleraar aan de Universiteit Utrecht. De aanstelling is tot stand gekomen dankzij de Stichting ter Bevordering der Atoom- en Molecuulfysica. Mulder blijft bij AMOLF als groepsleider van de groep Theory of Biomolecular Matter. Mulder werkt al geruime tijd samen met onderzoekers uit Utrecht. Zo werkt hij met Anna Akhmanova (Institute for Biodyna-mics and Biocomplexity) en andere onderzoekers aan het maken van een kunstmatige cel. Op het gebied van vloeibare kristallen en zachte materie doet Mulder onderzoek samen met René van Roij (Institute for Theoretical Physics) en Marjolein Dijkstra (Debye Institute for Nanomaterials Science).•

reagents (solid)

printer

print bed

reaction (melt)product (solid)

Onze darmen doen meer dan we denken: naast voedsel opnemen produceren ze bijvoorbeeld ook hormonen en onderdrukken ze infecties. Over deze cruciale functies is niet veel bekend omdat de verantwoordelijke cellen zeer zeldzaam zijn en snel veranderen. In dit project gaan de onderzoekers mini-darmen met immuuncellen genereren, die direct onder de microscoop

gevolgd kunnen worden. Het doel van deze aanpak is te begrijpen hoe deze cellen samenwerken en hun functies tot stand komen. Ook kunnen medicijnen getest worden zonder patiënten er aan bloot te stellen. Dit is belangrijk voor een groot scala van aandoeningen, variërend van obesitas en immuunziektes, tot bacteriële infecties, aller-gieën en depressies.•

Organoids in time

E. coli, de bekende darmbacterie, die rent en buitelt om zoveel mogelijk voedingsstoffen binnen te krijgen. Je hebt gelijk een beeld. Maar hoe doen ze dat, deze eencellige organis-men? Hoe weet een bacterie dat het voedsel op is en waar hij heen moet voor meer? Daaraan ligt een complex signaleringsproces op basis van eiwitten en receptoren ten grondslag.Pieter Rein ten Wolde, groepsleider Bio- chemical Networks bij AMOLF, bestudeert deze processen al vele jaren, met behulp van theo-retische modellen en computersimulaties. Met de 2,5 miljoen euro van de eRC Advanced Grant, een europese beurs, kan hij dit onderzoek voortzetten. Want E. coli-bacteriën, net als gistcellen, weten niet alleen hoeveel voedsel er in hun omgeving is, maar ze kunnen ook voorspellen hoe die voorraad verandert in de toekomst. Althans, dat veronderstelt Ten Wolde. “De structuur, ofwel topologie, van E. coli en van gistcellen is zo opgebouwd dat het heel goed mogelijk is,” zegt hij. “en onze eerste berekeningen zijn veelbelovend, dus het zou mij verbazen als het niet zo is. Maar het blijft fundamenteel onderzoek.”

Meten is wetenCellen moeten hun omgeving waarnemen om te kunnen besluiten of ze moeten delen, groeien of verplaatsen. De eencellige E. coli-bacterie heeft daarvoor een laag receptoren aan de buitenkant waaraan bijvoorbeeld voedingsstoffen kunnen binden. Bindt er weinig of juist veel van zo'n stof, dan veran-dert er iets binnenin de cel zodat actie wordt ondernomen. De zweepstaartjes van de cel, de flagella, bewegen bijvoorbeeld zo dat de cellen rechtdoor rennen of juist een andere kant op buitelen, om zoveel mogelijk voedsel te vinden. Deze hele keten van reacties kost de cel veel energie, het heeft dus zin om goed te weten waar je heen moet als cel.Ten Wolde rekende enkele jaren geleden uit wat een cel nodig heeft om optimaal te kun-nen reageren op zijn omgeving. “We wilden weten hoe betrouwbaar een cel zijn omge-ving kan meten. Dat wisten ook biologen nog niet”, legt hij uit. Het bleek belangrijk om precies de juiste verhouding tussen receptoren en signaalstoffen (eiwitten) te hebben voor een gegeven meettijd. Meer eiwitten of receptoren verbeteren de precisie

INTERVIEW

AMOLF NeWS • JULI 2020 • 7 6 • AMOLF NeWS • JULI 2020

“we wilden weten hoe betrouwbaar een

cel zijn omgeving kan meten”

De glazen bol van levende cellenKan een cel de toekomst voorspellen? Weet een bacterie bijvoorbeeld of zijn voedingsstoffen opraken, zodat hij zich aan moet passen? AMOLF-onderzoeker Pieter Rein ten Wolde denkt van wel en gaat met behulp van computersimulaties berekenen hoe eencellige organismen zoals bacteriën en gistcellen dat doen. Daarvoor kreeg hij onlangs de belangrijke eRC Advanced Grant toegekend.

Tekst: Bastienne Wentzel, foto: Lukas Helmbrecht

8 • AMOLF NeWS • JULI 2020 AMOLF NeWS • JULI 2020 • 9

van de meting niet altijd, de keten is zo sterk als de zwakste schakel. “Ons model was destijds nieuw en op-zienbarend”, zegt Ten Wolde. “Modellen worden meestal gevoed met meetdata en door middel van fitten geoptimaliseerd. Wij deden het andersom: wij gingen er-van uit dat het systeem geoptimaliseerd is om informatie zo efficiënt mogelijk te verwerken en ontwikkelden op basis daarvan een model. We gebruikten daarbij ideeën uit de statistische fysica en informatietheorie. Na een vergelijking met experimentele data bleken E. coli-bacteriën inderdaad op deze manier te functioneren.”

Toekomst voorspellenNu voegt Ten Wolde een aspect aan deze modellen toe. “Wanneer het voedsel opraakt moet een cel doorgaans een heel ander metabool netwerk activeren. Het kost tijd voor de cel om zich aan

te passen. Het zou dus zinvol kunnen zijn om de veranderingen te kunnen voorspellen. We willen graag weten of en hoe nauwkeurig cellen de toekomstige signalen kunnen voorspellen.” Met de eRC-beurs start Ten Wolde niet alleen drie theoretische projecten, waarin hij nieuwe theorieën en modellen zal ontwikkelen voor deze hypothese, maar werkt hij ook samen met twee experi-mentele groepen: binnen AMOLF met de Systems Biology groep van Tom Shimizu en daarbuiten met Peter Swain van de universiteit van edinburgh (VK). experimenten met levende cellen zoals gist en E. coli moeten uitwijzen of de nieuwe voorspellingen kloppen. “De grootste uitdaging is ruis. Cellen meten signalen via chemische reacties en dat zijn kansprocessen. er zit veel ruis in cel-lulaire meetsystemen. Dat maakt deze experimenten intrinsiek moeilijk. Boven-dien zal het een hele kunst worden om de

echte biochemische ruis in het systeem van de experimentele ruis in de metingen te onderscheiden. De experimenten zijn echt heel lastig, dat wordt aanpoten. Maar het is niet voor niks fundamenteel onderzoek. De lat moet hoog liggen.”

De waarde van fundamenteel onderzoekTen Wolde is heel blij met het europese geld, maar tegelijk bezorgd over het gebrek aan Nederlandse fondsen voor dit soort fundamenteel onderzoek. “Onderzoek zonder concrete toepassing staat onder druk. Het is inderdaad vaak moeilijk te voorspellen wat fundamenteel onderzoek zal opleveren. Maar dat geldt voor toegepast onderzoek vaak ook. Alle grote veranderingen zijn begonnen met fundamenteel onderzoek. Wie weet zal ons onderzoek aan gistcellen ertoe leiden dat in de voedingsmiddelenindustrie en de biotechnologie men deze cellen sneller kan laten groeien.”•

Financiering

Alarcón Lladó krijgt de financiering voor het project Directed 3D nanofabrication with electrochemical scanning probes (D3N). Zij gaat met gebruik van elektrochemie op de nanoschaal een nieuwe techniek ontwikkelen om drie- dimensionale complexe structuren te printen. Het doel is om met deze techniek materialen te maken die zonne-energie kunnen oogsten en omzetten in elektriciteit, waar-bij de complexe architectuur voor een hogere efficiëntie

zorgt dan mogelijk is met conventioneel bulkmateriaal. Samen met het bedrijf

Nanonics wordt binnen het D3N project onderzocht hoe gecontro-leerde elektrochemie een effectieve

3D-productietechnologie op de nanoschaal kan worden.•

Het HTSM project Time-resolved pump-probe cathodoluminescence microscopy for materials analysis betreft de ontwikkeling van pump-probe kathode-luminescentie spectroscopie (PP-CL) als een nieuwe techniek voor ultrasnelle karakterisatie van materialen op de nanoschaal. Samen met de bedrijven ThermoFisher en Delmic gaat Polman met zijn onlangs ontwikkelde PP-CL microscoop onderzoeken hoe deze nieuwe techniek toepasbaar is voor de karakterisatie van een breed scala van materialen in onder meer zonnecellen en leds.•

Groepsleiders Esther Alarcón Lladó en Albert Polman ontvangen financiering uit het programma High Tech Systemen en Materialen (HTSM). Het NWO-domein Toegepaste en Technische Wetenschappen (TTW) organiseert de jaarlijkse HTSM call for proposals. Deze call maakt onderdeel uit van het topsectorenbeleid van het kabinet.

Marjolein Dijkstra is KNAW lidDe KNAW koos onlangs achttien nieuwe leden onder wie Marjolein Dijkstra (Universiteit Utrecht), die bij AMOLF als gastonderzoeker verbonden is aan de groepen van Bela Mulder en Martin van Hecke. Samen met Van Hecke en Corentin Coulais van de UvA begeleidt ze promovendus Ryan van Mastrigt die onderzoek doet naar machine learning in metamaterialen. De KNAW prijst Dijkstra om haar werk, dat niet alleen wetenschappelijk baanbrekend is, maar ook praktisch toepasbaar.

De KNAW kiest nieuwe leden op grond van hun wetenschappelijke prestaties. Leden van de KNAW, nu in totaal zo’n vijfhonderdvijftig, zijn vooraanstaande wetenschappers uit alle disciplines.•

ultrafast beam blanker fs laser driven cathode

LN cooled sample stage

SEM

light collection/analysis

3D rotating sample holderUV/VIS/IRdetectors

beam spot < 1 nm

NIEUWSINTERVIEW

“Het kost tijd voor de cel om zich aan te passen. Het zou dus zinvol

zijn om de veranderingen te kunnen voorspellen.”

voor twee HTSM-projecten van AMOLF groepsleiders


HIGHLIGHT

Wat is het verschil tussen een vel en een prop papier? Het is gemaakt van hetzelfde materiaal, maar een vel papier is plat en slap, terwijl een prop stijf en bolvormig is. Door een vel papier te verfrommelen verander je dus de eigenschappen. “Papier noemen we een mechanisch metamate-riaal: door de vorm krijgt het materiaal andere eigenschappen,” zegt Anne Meeus-sen. Maar hoe moet je de vorm precies ver-anderen om deze bijzondere eigenschap-pen te krijgen?

Fouten makenHet nieuwste idee daarvoor komt uit een samenwerking tussen AMOLF, de Universi-teit Leiden en de Universiteit van Tel Aviv. Anne Meeussen, erdal Oğuz, Yair Shokef en Martin van Hecke onderzochten het expres inbouwen van een foutje in een materiaal, een topologische imperfectie, om te kijken welke invloed dit heeft. “We hebben een structuur gebouwd die bijzonder gedrag vertoont als je het op niet één maar twee plekken indrukt. Als je dat doet, kun je krachten en vervormingen naar verschil-lende plekken sturen. De toepassingen van zo'n materiaal liggen overal waar interne krachten en vervormingen moeten worden gecoördineerd. Van schoenzolen en prothe-ses tot zachte robots.”

PuzzelstukkenFoutjes in een materiaal beïnvloeden de eigenschappen. Maar het gecontroleerd aanbrengen van een foutje in een meta-materiaal is niet zo eenvoudig. Het team bedacht een vlak materiaal dat uit drie-hoekige puzzelstukken bestaat waarvan de zijden hol of bol kunnen worden. Met een 3D-printer maakten de onderzoekers een echte versie van het theoretische materi-aal: een matje van kleine staafjes die met

Metamaterialen hebben eigenschappen die afhankelijk zijn

van hun vorm en architectuur. Onderzoekers van AMOLF,

Universiteit Leiden en de Universiteit van Tel Aviv vonden een nieuwe manier

om deze metamaterialen en hun eigenschappen te ontwerpen

door expres foutjes in te bouwen.

Tekst: Bastienne Wentzel

flexibele scharniertjes aan elkaar vastzit-ten. Als je erin knijpt, kun je voelen wat er gebeurt. In een perfect materiaal passen alle puzzelstukken precies in elkaar, zodat er alleen holle naast bolle zijdes zitten. Als je er aan twee kanten in knijpt, vervormt het matje makkelijk en voelt het zacht aan.

Bijzondere effectenMaar wat gebeurt er als je een rijtje puz-zelstukjes zo draait dat de stukjes niet meer passen? “Je noemt dat een topologi-sche imperfectie,” legt Meeussen uit. “Die imperfectie kun je niet zomaar oplossen door één enkel puzzelstukje weer terug te draaien.” In het metamateriaal dat Meeus-sen ontwierp heeft zo'n topologische imperfectie bijzondere gevolgen. Als je aan twee kanten in het imperfecte materiaal knijpt, krijgt het een zachte helft die

vervormt en een harde helft die stug blijft zitten. Knijp je op een net andere plek, dan draaien de helften om: zacht wordt hard, en hard wordt zacht.

Breed toepasbaarMeeussen zegt: “Zo’n antisymmetrisch effect van een topologische imperfectie is nooit eerder vertoond. Wij hebben een manier gevonden om deze imperfecties gecontroleerd in te bouwen en formuleren daar nu algemene regels voor, zodat iedereen ermee aan de slag kan. Het is een nieuwe manier om tegen mechanische metamaterialen aan te kijken, waarin we concepten uit de gecondenseerde materie en de wiskunde toepassen. Het is mooi om te zien dat er vanuit al deze vakgebieden interesse is in onze resultaten.”•

Anne Meeussen gaf op 28 april op de jaarlijkse Fysicadag van de NNV een lezing over dit onderwerp: The peculiar aspect of a small error. Ze won daarmee de Young Speaker Contest. Vanwege de corona- uitbraak was Fysica 2020 een online evenement. De lezing van Meeussen is terug

te luisteren op de website van

Fysica: www.fysica.nl.Referentie: Topological defects produce exotic mechanics in complex metamaterials, Anne S. Meeussen, erdal C. Oğuz, Yair Shokef en Martin van Hecke, Nature Physics, 16 (2020)

Het bijzondere effect van een foutje


Het perfect samengestelde meta-

materiaal is zacht: het vervormt

helemaal als je het induwt. Dat blijkt

uit experimenten en simulaties. Maar

met een topologisch foutje is de

structuur anders: dan is hij aan één

kant zacht, en aan de andere hard.

Zie ook op YouTube dit fimpje:

https://bit.ly/38FE1WZ

Gewoon

Met foutje

Foto

: Ann

e M

eeus

sen

Creatieve wetenschap INTERVIEW

Hoe een terloopse opmerking een heel nieuwe onderzoeksrichting initieerde

“Je zou eens olijfolie moeten

proberen”, opperde een collega.

Said Rodriguez twijfelde of het

een grap was of een serieuze

suggestie, want het gesprek ging

niet over mediterrane gerechten

of goede massageolie, maar

over een geschikt materiaal voor

zijn experimenten in de niet-

lineaire optica. Zou een druppel

olie tussen twee spiegeltjes in

staat zijn fotonen met elkaar

te laten wisselwerken? Het

leek een vreemde suggestie,

maar Rodriguez toog naar de

reformzaak. “Om iets nieuws

te bereiken moet je uit je

comfortzone durven stappen.”

Said Rodriguez leidt sinds 2017 de groep Interacting Photons, waar hij nieuwe fysica in kleine, optische systemen onderzoekt. “In theorie zijn fotonen ideale informatie-dragers, maar omdat ze normaal gesproken geen wisselwerking met elkaar aangaan, is het niet makkelijk die informatie te sturen. Wij zoeken manieren om die interactie wel tot stand te brengen”, vertelt hij. “Daarvoor hebben we materialen nodig die ‘optische bistabiliteit’ vertonen: wanneer je er een lichtbundel doorheen stuurt, is de intensi-teit van het uitkomende licht geen lineaire functie van de lichtsterkte die erin ging. Bij een bepaalde ingaande intensiteit, fluctueert de output tussen twee waarden doordat fotonen op elkaar inwerken.”

OlijfolieDe zoektocht naar een geschikt materiaal kwam geregeld ter sprake in het gezamen-lijk werkoverleg met de Resonant Nano- photonics groep van Femius Koenderink.Het was Rodriguez nog niet gelukt om de gewenste optische bistabiliteit experimen-teel waar te nemen toen postdoc Radoslaw Kolkowski tijdens zo’n bijeenkomst over de olijfolie begon. Rodriguez: “Hij vroeg bijna achteloos of ik wist dat olijfolie een sterke niet-lineaire respons vertoont. Het leek een grap, maar terug in mijn werkkamer dook ik toch in de literatuur. Over olijfolie vond ik niets, maar er waren wel experi-menten bekend met castorolie die een niet-lineaire respons lieten zien.”Zo belandde Rodriguez in de plaatselijke reformwinkel. Hier maakte hij zijn keuze uit het enorme aanbod aan oliën. Hij verliet de winkel met macadamia-olie

en de gezochte castorolie, aldaar aan- geprezen als wonderolie. een van zijn studenten ging naar de supermarkt om olijfolie te kopen. “Met alle oliën deden we experimenten waarbij we een laserbundel door een materiaal stuurden om te zien hoeveel de bundel wijder werd als functie van de lichtintensiteit”, vertelt hij. “We zagen hetzelfde effect als in de literatuur was beschreven voor castorolie, maar het effect bleek nog vele malen groter voor olijfolie. We hadden ons ideale niet-lineaire medium gevonden.”

ComfortzoneDoor vervolgens olijfolie in een optische tril-holte te plaatsen, konden de onderzoekers een optisch systeem met geheugen realise-ren, waarin ze allerlei interessante nieuwe fysica ontdekten. eerder dit jaar publiceerde Rodriguez al over een ander tegen-intuïtief idee: een optische meetmethode die geen last heeft van ruis, maar er juist gebruik van maakt en er beter door presteert. Hij zegt: “We zijn nu bezig met een artikel dat beide onderwerpen combineert. Olijfolie blijkt heel geschikt voor een systeem met zogenoemde ‘stochastische resonantie’, waarin de aanwezigheid van ruis een signaal versterkt. De eigenschappen van olijfolie zijn anders dan van standaard niet-lineaire materialen zoals halfgeleiders. De specifieke wisselwerking van fotonen in olijfolie maakt dat we nog beter gebruik kunnen maken van ruis. Olijfolie leek eerst vooral een goedkoop en makkelijk mid-del om optische bistabiliteit tot stand te brengen, maar blijkt nu voor stochastische resonantie zelfs krachtiger dan de meeste andere materialen.”De Interacting Photons groep werkt inmid-dels aan meerdere artikelen die allemaal voortkomen uit die ene opmerking van Kolkowski. “De keuze om olijfolie te gebruiken leidde tot een compleet nieuwe

onderzoeksrichting. Daarvoor was het nodig om uit onze comfortzone te stappen”, zegt Rodriguez, die in zijn carrière vaker het min-der gebruikelijke pad koos. Hij promoveerde op plasmonica (de wisselwerking van licht met metalen nanostructuren), werkte als postdoc aan halfgeleiderfysica, en nu als groepsleider aan niet-lineaire optica. “Ik vind het belangrijk om een brede basis- kennis te hebben. Dat helpt me om dingen in een nieuwe context te kunnen zien en ongebruikelijke stappen te durven nemen. De essentie van creativiteit is dat je durft te spelen en te proberen, maar je moet wel de juiste keuze maken in waar je mee speelt. een brede achtergrond helpt daarbij.”

Vrijdagmiddagexperimenten Voor creativiteit in wetenschappelijk onderzoek, is dus durf nodig en een speelse geest. Maar ook tijd en geld, benadrukt Ro-driguez: “Ik kon dit onderzoek doen doordat AMOLF nieuwe groepen een tamelijk vrij startbudget geeft. Ik heb wel een voorstel geschreven, maar als beginnend groepslei-der krijg je de flexibiliteit om dit geld naar eigen inzicht in te zetten. De experimenten met olijfolie had ik nooit kunnen doen zonder het startbudget. een voorstel voor vervolgonderzoek is al twee keer afgewezen door reguliere subsidieverstrekkers.”Grote beurzen zoals de NWO Veni beurs en de europese eRC grant, die Rodiguez beide recent ontving, laten geen ruimte voor ‘vrijdagmiddagexperimenten’. “Door de sterke focus op resultaten is het moeilijk om echt nieuwe dingen te proberen”, zegt hij. “Meer creativiteit in het onderzoek kan tot mooie resultaten leiden, maar meestal is daar geen geld voor. een basisfinanciering zou een oplossing kunnen zijn. Dat zou ons ruimte geven voor een vrijdagmiddag waarop je geen uren-sheets hoeft in te vul-len, tijd hebt om slim te kunnen spelen en werkelijk creatief onderzoek te doen.”•


Tekst: Bauke Vermaas, foto: Lukas Helmbrecht

Referentie: Z. Geng, K.J.H. Peters, A.A.P. Trichet, K. Malmir, R. Kolkowski, J.M. Smith and S.R.K. Rodriguez, Universal scaling in the dynamic hysteresis, and non-Markovian dynamics, of a tunable optical cavity, Physical Review Letters, 124, (2020)

Afbee

ldin

g: H

enk-

Jan

Bolu

ijt (A

MO

LF)


pUbLIcaTIES

NATURe Bacterial coexistence driven by motility and spatial competitionS. Gude, e. Pince, K.M. Taute, A. Seinen, T.S. Shimizu en S.J. Tanseen nieuw ontdekt mechanisme biedt een verklaring voor de co-existentie van soorten: de competitie tussen ‘bewegers’ en ‘groeiers’ leidt tot een evenwicht waarbij beide typen bacteriën naast elkaar voortbestaan.

Processive extrusion of polypeptide loops by a Hsp100 disaggregase M.J. Avellaneda, K.B. Franke, V. Sunderlikova, B. Bukau, A. Mogk en S.J. TansOnderzoekers laten zien dat de moleculaire chaperonne ClpB enkele eiwitketens als een lus uit toxische eiwit-aggregaten trekt en deze zo oplost.

NATURe NANOTeCHNOLOGY Synthetic gauge fields for phonon transport in a nano-optomechanical systemJ.P. Mathew, J. del Pino en e. VerhagenOnderzoekers zijn erin geslaagd om het gedrag van mechanische trillingen op een chip te laten lijken op dat van elektronen in een magnetisch veld. Dit biedt nieuwe manieren om geluidsgolven te beïnvloeden – en daarmee ook de informatie die ze kunnen overbrengen op chips.

ADVANCeD eNeRGY MATeRIALS The application of electron backscatter diffraction on halide perovskite materialsH. Sun, G.W.P. Adhyaksa en e.C. GarnettKansen en bedreigingen van inzet elektronen backscatter diffractie (eBSD) voor snel op- komende halide perovskiet halfgeleiders.

Sequentially deposited versus conventional nonfullerene organic solar cells: interfacial trap states, vertical stratification, and exciton dis-sociation J. Zhang, M.H. Futscher, V. Lami, F.U. Kosasih, C. Cho, Q. Gu, A. Sadhanala, A.J. Pearson, B. Kan, G. Divitini, X. Wan, D. Credgington, N.C. Greenham, Y. Chen, C. Ducati, B. ehrler, Y. Vaynzof, R.H. Friend en A.A. BakulinOrganische zonnecellen zonder fullerenen heb-ben een hoog rendement, maar dit rendement hangt wel sterk af van de productiewijze.

NATURe PHYSICS Topological defects produce exotic mechanics in complex metamaterialsA.S. Meeussen, e.C. Oğuz, Y. Shokef en M. van HeckeMetamaterialen hebben eigenschappen die afhankelijk zijn van hun vorm en architectuur. Onderzoekers vonden een nieuwe manier om deze metamaterialen en hun eigenschappen te ontwerpen door expres foutjes in te bouwen.

NATURe CeLL BIOLOGY Fast and efficient generation of knock-in human organoids using homology-independent CRISPR–Cas9 precision genome editingB. Artegiani, D. Hendriks, J. Beumer, R. Kok, X. Zheng, I. Joore, S. Chuva de Sousa Lopes, J.S. van Zon, S.J. Tans en H. Cleverseen nieuwe techniek voor efficiënte dna-manipulatie in organoïden, ofwel mini-organen, maakt het mogelijk om belangrijke cellulaire processen waar te nemen, zoals de vorming van kanaaltjes in de menselijke lever.

ADVANCeD FUNCTIONAL MATeRIALS Inverse design of mechanical metamaterials that undergo buckling G. Oliveri en J.T.B. Overveldeeen nieuw stochastisch algoritme om metamaterialen met specifieke en complexe eigenschappen automatisch te ontwerpen.

Directed emission from self-assembled microhelices L. Helmbrecht, M. Tan, R. Röhrich, M.H. Bistervels, B.O. Kessels, A.F. Koenderink, B. Kahr en W.L. NoorduinZichzelf vormende kleine helices die zijn opgebouwd uit nog kleinere nanokristallen kunnen de richting en de polarisatie van licht manipuleren.

JOURNAL OF THe AMeRICAN CHeMICAL SOCIeTY Supramolecular modulation of hybrid perovskite solar cells via bifunctional halogen bonding revealed by two-dimensional 19F solid-state NMR spectroscopyM.A. Ruiz-Preciado, D.J. Kubicki, A. Hofstetter, L. McGovern, M.H. Futscher, A. Ummadisingu, R. Gershoni-Poranne, S.M. Zakeeruddin, B. ehrler, L. emsley, J.V. Milić en M. Grätzeleen heel klein molecuul dat via een waterstof-binding in een perovskietstructuur zit maakt zonnecellen veel stabieler.

Cooperative interactions between nano- antennas in a high Q cavity for unidirectional light sourcesK.G. Cognée, H.M. Doeleman, P. Lalanne en A.F. KoenderinkTwee antennes kunnen in een optische fluister-galerij zelfs op grote onderlinge afstand met elkaar koppelen en zo zorgen dat een lichtbron harder straalt, of juist zachter, en met al het uitgestraalde licht alleen linksom of juist alleen rechtsom reist in de fluistergalerij.

SCIeNCe ADVANCeS Direct observation of topological edge states in silicon photonic crystals: spin, dispersion, and chiral routingN. Parappurath, F. Alpeggiani, L. Kuipers, en e. VerhagenLicht gaat ongehinderd de hoek om: topologie beschermt lichtgeleiding in een fotonisch kristal.

ANNUAL ReVIeW OF BIOPHYSICS Predicting evolution using regulatory architectureP. Nghe, M.G.J. Vos, e. Kingma, M. Kogenaru, F.J. Poelwijk, L. Laan en S.J. TansHet voorspellen van de grenzen van evolutie blijkt mogelijk door gebruik te maken van onze kennis van regulatienetwerken in cellen.

PNAS Connectivity and plasticity determine collagen network fractureF. Burla, S. Dussi, C. Martinez-Torres, J. Tauber, J. van der Gucht en G.H. KoenderinkCollageeneiwitten vormen op sommige plekken, onder meer in de huid, netwerken die heel rekbaar zijn. Het aantal ‘kruispunten’ speelt een belangrijke rol bij deze elasticiteit.

LIGHT: SCIeNCe & APPLICATION

publicaties uitgelicht januari 2020 - juni 2020 ACS PHOTONICS Electron-induced state conversion in diamond NV centers measured with pump- probe cathodoluminescence spectroscopyM.M. Sola Garcia, S. Meuret, T. Coenen en A. PolmanMet pomp-probe kathodeluminescentie- spectroscopie volgen we de ladingstoestand conversie van NV quantum-emitters in diamant tijdens elektronenbestraling.

JOURNAL OF MATeRIALS CHeMISTRY Grain size control of crystalline III–V semiconductors at ambient conditions using electrochemically mediated growthM. Valenti, Y. Bleiji, J.B. Portals, L.A. Muscarella, M. Aarts, F. Peiro, S. estrade en e. Alarcón-LladóDe onderzoekers hebben een nieuwe elektrochemische methode ontwikkeld waarmee eenvoudig en op grote schaal fabricage van halfgeleiders voor opto- elektronische apparaten mogelijk is, zonder gebruik te hoeven maken van hoge temperaturen en vacuüm.

ADVANCeD eLeCTRONIC MATeRIALS Threshold switching in single metal-oxide nanobelt devices emulating an artificial nociceptorM. Xiao, D. Shen, M.H. Futscher, B. ehrler, K.P. Musselman, W. Duley en N.Y. ZhouHet nabootsen van de functionaliteit van een structuur in het brein met synthetische materialen die een goed transport van ionen faciliteren.

MATTeRRoutes toward long-term stability of mixed-halide perovskitesB. ehrler en e.M. Hutter Perovskietmaterialen bieden de kans om het rendement van silicium zonnecellen sterk te verhogen, maar er zijn nog veel uitdagingen met name wat betreft de stabiliteit van perovskieten.•

PHYSICAL ReVIeW LeTTeRS Universal scaling in the dynamic hysteresis, and non-markovian dynamics, of a tunable optical cavityZ. Geng, K.J.H. Peters, A.A.P. Trichet, K. Malmir, R. Kolkowski, J.M. Smith en S.R.K. Rodriguezeen druppeltje olijfolie in een optische tril-holte laat universele aspecten van faseover-gangen zien.

ACS APPLIeD MATeRIALS & INTeRFACeS Quantifying strain and dislocation density at nanocube interfaces after assembly and epitaxyH. Agrawal, B.P. Patra, T. Altantzis, A. De Backer en e.C. GarnettHet op de atomaire schaal naadloos verbinden van nanokubussen is mogelijk, als ze maar goed uitgelijnd zijn. Maar verdraaiing resulteert in een zekere mate van stress en beschadiging op het grensvlak.

JOURNAL OF PHYSICAL CHeMISTRY LeTTeRS Peptide side-COOH groups have two distinct conformations under biorelevant conditionsO.O. Sofronov, G. Giubertoni, A. Pérez de Alba Ortíz, B. ensing en H.J. BakkerMet behulp van geavanceerde femtoseconde vibratiespectroscopie is aangetoond dat de zure groep van aminozuren in water twee zeer verschillende moleculaire vormen aanneemt.

NANOSCALe Universal direct pattering of colloidal quantum dots by (extreme) ultraviolet and electron beam lithographyC.D. Dieleman, W. Ding, L. Wu, N. Thakur, I. Bespalov, B. Daiber, Y. ekinci, S. Castellanos en B. ehrlerMet elektronenbundel- en eUV-lithografie kunnen in één stap patronen van quantum-dots gemaakt worden op nanometer lengteschaal, zonder de emitterende eigenschappen te verliezen.

In vergelijking met bijvoorbeeld een supermarkt is het op AMOLF best streng geregeld. Hoe zien jullie dat?Stavenuiter reageert verrast. Het uitgangspunt is dat de medewerkers vol-wassen zijn en dus rekening met elkaar houden. “Daarom zijn er geen looproutes met stickers gemaakt zoals je die op scholen ziet. Maar, we hebben wel goed nagedacht over waar onveilige situaties kunnen ontstaan en daar actie genomen. Dus in de smalle gangen, waar je elkaar niet kunt passeren op anderhalve meter afstand, kun je, in tegenstelling tot de meeste supermarkten, uitwijken door een werkkamer in te stappen. Daarvoor moesten we wel werkplekken verplaat-sen.”

Was er een crisisteam?“Nee”, zegt Stavenuiter. “Zo hebben we dat niet genoemd. We adviseren de directie en hebben intensief contact met hen via ZOOM. Ook met de Arbo- en Milieucoördinatoren van de andere NWO-instituten is er regelmatig overleg geweest en dat gaat nu nog door. Via een sharepoint hebben we informatie met elkaar gedeeld zodat niet iedereen

opnieuw het wiel hoefde uit te vinden.” Van der Gaag herinnert zich dat na een persconferentie op donderdagmiddag 12 maart alle directeuren en instituutsma-nagers van de NWO-instituten op het Amsterdam Science Park bij elkaar kwa-men en dat toen gezamenlijk besloten is om de volgende dag de instituten te sluiten. “Zo voorkwamen we tegen- strijdige maatregelen.” Wat zijn de speerpunten van het beleid?Door een veelvoud aan maatregelen probeert AMOLF het risico op virusover-dracht zo klein mogelijk te houden. “Je mag alleen naar AMOLF komen als je geen klachten én geen zieke familiele-den hebt”, zegt Stavenuiter. “Daar begint het mee. Het RIVM wijst onder meer op het belang van handen wassen met water en zeep en de anderhalve meter afstand. Met deze adviezen zijn we aan de slag gegaan. er is geen handgel, maar wel voldoende gelegenheid om je handen met zeep te wassen. en ander-halve meter is veel verder dan je denkt hoor. Kijk maar naar die anderhalve meterstok die Hinco [technicus] gemaakt heeft.”

om te garen. Het moet gisteren al bekend zijn.” Van der Gaag vond de afgelopen pe-riode niet alleen maar zwaar; de uitdaging was ook inspirerend. Maar, hij werkte dan ook vanuit huis. Stavenuiter zat op AMOLF waar ze samen met Clyde Vliet van de afdeling Facilities voor veel mensen het eerste aanspreekpunt was en niet alleen op het gebied van milieu en veiligheid. Zo stroomden de postvakjes vol met onder andere facturen en verpieterden de plan-ten. Het onderhoud en de schoonmaak van het gebouw liepen ook gewoon door. Als manusjes-van-alles heeft een handvol mensen zo voor de thuiswerkende col-lega’s de boel op AMOLF draaiend gehou-den. “Maar”, zegt Stavenuiter, ”Het was niet alleen flink doorwerken. Tussendoor stonden we tijdens een pauze in een grote gezellige kring bij de koffiemachine. Als er iemand bij kwam, werd die cirkel groter.”De beslissing van de directie om meer mensen toe te laten is gebaseerd op infor-matie van de Rijksoverheid. Stavenuiter: “Dat is wel onder voorbehoud van dat we altijd over genoeg BHV’ers kunnen beschikken en dat er goed georganiseerd toezicht is. en echt open zijn we nog niet, want het voorschrift van RIVM is nog steeds ‘zoveel mogelijk thuis werken’.”Van der Gaag: “Veiligheid is belangrijk, maar er is vanzelfsprekend ook druk om het onderzoeksproces door te laten

gaan. Je zoekt dan samen met de directie naar de balans. Spannend is het wel; we zijn net van dertig naar zestig personen gegaan en daarmee zijn de risico’s gewoon groter. Bovendien is in dit gebouw nog niet eerder gewerkt met de covid-19 regels. Mensen zijn nou eenmaal gewoon-tedieren en gedragsverandering – zoals wij die nu in het gebouw tot stand moeten brengen – is lastig.”

Wat hebben jullie geleerd?“Checklijsten”, zeggen ze tegelijkertijd. Het afstrepen van acties was reuze han-dig, betogen ze. Mocht er in de toekomst een soortgelijke situatie ontstaan, dan liggen de draaiboeken klaar. Duidelijke en directe communicatie is in een crisis-situatie cruciaal, vindt Stavenuiter. “Het is bijvoorbeeld heel belangrijk dat de directie uitlegt waarom besluiten genomen worden.” Ze noemt ook de valkuil van te veel werken en te weinig ontspanning. “Op een bepaald moment was de druk zo hoog dat mijn lontje korter werd. Ik ben toen gaan haken, ook al kon ik helemaal niet haken. Van der Gaag herkent dit; hij sloeg thuis aan het klussen. Hij prijst zijn collega’s van milieu en veiligheid: “Ik heb in de afgelopen periode ook geleerd dat ze enorm ervaren zijn. De situatie is geen sinecure en alles is nieuw. Iedereen deed de goede dingen.”•

Het is begin juni en AMOLF gaat net als de rest van Nederland een nieuwe fase in van de covid-19 pandemie. Het lab is nog gesloten voor bezoekers, maar de deur staat op een kier voor medewerkers die zich vooraf geregistreerd hebben. We kijken met Ilja Stavenuiter (Arbo en Milieucoördinator) en Bram van der Gaag (Adviseur Arbo en Milieu) terug op de gebeurtenissen van de afgelopen maanden en spreken over de maatregelen voor een gedeeltelijke heropening van het gebouw.

Tekst: Petra Vastenhouw, foto's Lukas Helmbrecht

INTERVIEW


een onderzoeksinstituut draaiend houden in covid-19 tijden

Anderhalve meter is veel verder dan je denkt

Hoe hebben jullie de afgelopen periode ervaren?Stavenuiter hoeft niet lang na te denken. Het was zwaar. “De mailbox liep vol, er was heel veel werk, we wisten niets over covid-19. We gingen continu op zoek naar informatie en keken naar wat anderen deden. Zeker de eerste twee weken waren alleen maar gevuld met overleg en met het opstellen van procedures en bijvoorbeeld een document met thuis-werkadviezen. Ondertussen kwamen er via de groepsleiders ook vragen van medewerkers in het buitenland of van mensen die net terug waren.” Van der Gaag vult aan: “Je stopt alles in een snelkookpan en het heeft geen tijd

“Je stopt alles in een snelkookpan en het heeft geen tijd om te garen. Het moet gisteren al bekend zijn.”

13 m

aart

1 jun

i

15 ju

ni

Juli-

augu

stus

AMOLF dicht behalve

voor essentiële

processen,

ca. 30 medewerkers

restrictief open

voor essentiële

processen,

60 medewerkers

opschaling van

de restrictieve

opening,

70 medewerkers

opschalen naar

een optimale

bezetting bij

anderhalve meter

a 15

0 cm

b

a 15

0 cm

b

a 150 cm b


Bedreigingen van onze ecosystemen zijn maar al te bekend: opwarming van de aarde, bosbranden, de stikstofcrisis, afname van biodiversiteit, en zelfs het massaal uitsterven van soorten. Maar wat maakt ecosystemen stabiel of kwetsbaar? Waarom is er niet een soort die alle andere verdrijft?

Al sinds Darwin zijn biologen gefascineerd door deze vragen. We weten dat voedselketens en samenwerking cruciaal zijn: soor-ten zijn afhankelijk van elkaar om te overleven. Maar nu hebben Sander Tans en Tom Shimizu, samen met onderzoekers van Harvard, een verrassende bevinding gedaan: het actief bewegen van organismen kan biodiversiteit vergroten en ecosystemen stabiliseren – ook zonder voedselketens of samenwerking.

"Beweging is fundamenteel voor alle organismen - zelfs plan-ten bewegen door de verspreiding van zaden", zegt Sander Tans. "Bacteriën bewegen ook actief door de ruimte. Onze experimenten laten zien hoe deze beweging verschillende bacteriële stammen bij elkaar houdt in een grotere populatie. De mogelijke rol van beweging in de co-existentie van soorten is al veel onderzocht, maar experimenten die andere verklaringen uitsluiten ontbraken nog. "

De co-existentie paradoxOm bacteriën te vinden die samen een eenvoudig stabiel ecosysteem zouden kunnen vormen, nam promovendus Se-bastian Gude twee soorten uit de darm van hetzelfde dier. Als beide daar overleven, zouden ze dat misschien ook doen in zijn experimenten, was zijn veronderstelling. Om hun competitie te kunnen volgen kleurde Gude de ene soort bacteriën blauw en de andere soort rood. In het begin leek het mis te gaan, want de blauwe soort verloor altijd als de onderzoeker ze samen liet

groeien. Deze ‘verliezers’ produceerden minder nakomelingen dan de rode ‘winnaars’ en werden binnen een paar weken uit de populatie verdreven.

Dat veranderde toen Gude in een petrischaaltje een gel maakte van het suikerwater waar de bacteriën op groeiden. Hij con-stateerde dat de blauwe ‘verliezers’ zich juist sneller gingen vermenigvuldigen op het moment dat ze zeldzaam werden en terrein wonnen op de roden. Hetzelfde gold echter ook voor de rode soort: die vermenigvuldigde zich ook meer als uitsterven dreigde. Beide stammen lieten zich dus niet verdringen en bleven stabiel naast elkaar bestaan. Maar, wat zorgt ervoor dat verliezers die bijna uitsterven opeens terug gaan knokken?

Om deze paradox op te lossen filmde Gude de competitie tus-sen de bacteriën onder de microscoop en zoomde vervolgens uit om zo de hele populatie van miljarden bacteriën te kunnen zien. "De resultaten waren verbluffend", zegt Tom Shimizu. “We za-gen de populatie als een uitbreidende golf door de gel migreren. Aanvankelijk domineerden de roden, en zagen we bijna geen blauwen. Maar de rode opmars stopte plotseling - net toen de

blauwen naar boven kwamen, helemaal aan de voorkant van de golf. Daarna was de golf puur blauw. De blauwen bleken zich te vermenigvuldigen in de diepere delen van de gel, zonder competitie van de roden die zo ver niet kwamen.”

Tactiek van de verschroeide aardeMaar hoe konden de blauwen zich organiseren en de roden zo goed inperken? Scheidden ze gifstoffen uit zoals sommige bacteriën dat doen? De onderzoekers zagen hier een nieuw mechanisme aan het werk. De blauwgekleurde bacteriën ble-ken inherent slechter in vermenigvuldigen – daarom verloren ze de directe competitie tegen rood. Maar ze compenseerden dit door sneller te migreren. Door de verder gelegen gebieden

als eerste te bereiken en de suikers daar helemaal op te maken, maakten de rode bacteriën daar geen kans. De blauwen konden dus de opmars van de roden stuiten dankzij een soort van ver-schroeideaardetactiek (een militaire tactiek waarbij in gebied dat aan de vijand moet worden opgegeven, alles vernietigd wordt).

Tans: “Sommige bacteriën waren goed in vermenigvuldigen en andere in migratie. Goed zijn in beide bleek niet mogelijk,

wat logisch is want beide activiteiten kosten veel energie. Overigens zien we wel vaker een specialisatie van taken, waarbij de gevolgen voor co-existentie moeilijk direct zijn aan te tonen. In dit experiment konden we de capaciteit tot migreren en vermenigvuldiging van de bacteriën genetisch manipuleren, en zo laten zien dat dit de stabiele co-existen-tie van beide soorten mogelijk maakt. Directe afhankelijk-heden zoals in voedselketens zijn dus niet per se nodig.” Ecologische verstoringenBacteriën kunnen niet altijd wachten tot iemand een toetje te lang buiten de koelkast laat staan. Gelukkig is dat ook niet nodig, omdat verse voedingsstoffen voor bacteriën zich overal voordoen. Denk aan rottende appels en ont- bindende organismen voor bodembacteriën, de lunch die je net had voor darmbacteriën, of de verbrande grond na een bosbrand voor een nieuwe generatie planten en bomen. Shimizu: "Met behulp van bacteriën hebben we een migratie-proliferatie-mechanisme laten zien. Dit mecha-nisme is enigszins vergelijkbaar met modellen van plantenecologie, waarbij planten die snel groeien concurreren met planten die zaden beter verspreiden. er zijn enorm veel mogelijkheden voor vervolgonderzoek. Neem bijvoorbeeld de diversiteit van darmbacteriën, die met dna-analyse in kaart wordt gebracht. Je kunt nu bijvoorbeeld kijken naar beweeglijkheidsgenen en hun ruimtelijke verdeling in de darm."•

AMOLF-onderzoekers hebben met collega’s van Harvard een nieuw mechanisme ontdekt dat een verklaring biedt voor de co-existentie van soorten. In Nature beschrijven ze hoe de competitie tussen ‘bewegers’ en ‘groeiers’ tot een evenwicht leidt waarbij beide typen bacteriën naast elkaar voortbestaan.

HIGHLIGHT

Zeldzaam geworden bacteriële stam (blauw) herstelt zich in competitie met dominante stam (rood) voor suikers in gel (groen).

Relatieve omvang van stammen (A en B) in de tijd.

Referentie: Bacterial coexistence driven by motility and spatial competitionSebastian Gude, erçağ Pinçe, Katja M. Taute, Anne-Bart Seinen, Thomas S. Shimizu, and Sander J. Tans, Nature, 578 (2020)

Het evolutionaire nut van mobiliteit

Afbee

ldin

gen:

San

der T

ans/

AMO

LF

Stammen A en B in de ruimte.


Op vrijdag 19 juni promoveerde Federica Burla cum laude aan de Vrije Universiteit. Ze verdedigde haar proefschrift Tailoring Extracellular Matrix Mechanics met Gijsje Koenderink (momenteel TU Delft) als promotor. We vroegen Burla naar haar ervaringen op AMOLF en de plannen voor de toekomst.

“De weefsels in ons lichaam bestaan uit door cellen gecreëerde eiwitnetwerken, vergelijkbaar met de structuur van een spinnenweb. Ik wilde begrijpen hoe cellen met een beperkte hoeveelheid bouw-stenen, weefsels kunnen ma-ken met zulke verschillende mechanische eigenschap-pen, denk aan huid, bot of beenmerg. Om deze vraag te beantwoorden, reconstru-eerde ik weefsels en heb ik hun mechanische eigenschap-pen en structuur gemeten en aan elkaar gerelateerd. Samen met collega’s in Wageningen die een computermodel van deze netwerken maakten, hebben we laten zien dat zowel de architectuur van het netwerk als de moleculaire ei-

genschappen van de netwerk-draden bepalend zijn voor de mechanische eigenschappen van een weefsel. Dit geldt in het bijzonder voor de mate van vervorming die het mate-riaal kan weerstaan voordat het breekt. We ontdekten ook hoe je twee verschillende weefselonderdelen moet combineren om een meer natuurgetrouw model te ma-ken van biologische weefsels. Dat is interessant want het helpt ons om het gedrag van weefsels in ons lichaam te be-grijpen en dan vooral in relatie tot ziektes zoals kanker en fibrose. Maar we kunnen deze principes ook gebruiken om slimme materialen te maken die beschadigde lichaamsde-len kunnen vervangen.”

Waar gaat je onderzoek over?

Is er AMOLF-onderzoek buiten je eigen vakgebied dat je aandacht trok?

“Ja, heel veel. Tijdens de werkbesprekingen van de afdeling Nanofoto-nica leerde ik bijvoorbeeld veel over licht en hoe dat te controleren. en buiten mijn vakgebied was ik gefascineerd door de vele verschillende onderzoeksgebieden, variërend van wormen tot origami. Ik deelde bij AMOLF een werkkamer met Giulia Giubertoni, die in de loop der jaren een goede vriendin werd. Giulia onderzoekt de moleculaire structuur van hydrogels met behulp van ultrasnelle spectroscopische technieken, een super interessant onderwerp.”

Is er AMOLF-onderzoek buiten je eigen vakgebied dat je aandacht trok?

“Ik heb nauw samengewerkt met de groep van Huib Bakker en vooral veel met Giulia Giubertoni. Zij gebruikt 2D-IR spectroscopie om de uiterst kortdurende moleculaire interacties te bestuderen die materie verbindt. Ik ben zeer onder de indruk van de tijdschaal en moleculaire details van haar experimenten. Ik ben ook gefascineerd door het onder-zoek van Mathijs Rozemuller in de groep van Tom Shimizu. Ik zag hoe hij een indrukwekkende hoeveelheid computercode ontwikkelde om door de analyse van imaging data uit te vinden hoe het brein van een-voudige organismen gedragsbepalende informatie verwerkt. Tijdens het laatste jaar van mijn PhD kwam Kristina Ganzinger naar AMOLF met haar onderzoek naar synthetische immunologie. Dit onderzoek levert een kwantitatief inzicht in de communicatie tussen cellen. Ik kijk ernaar uit om de eerste resultaten te zien van haar onderzoek!”

cU

m l

AUD

e C

UM

LA

UD

e c

Um

lAU

De

CU

M L

AU

De

cU

m l

AUD

e C

UM

LA

UD

e

cU

m l

AUD

e C

UM

LA

UD

e c

Um

lAU

De

CU

M L

AU

De

cU

m l

AUD

e C

UM

LA

UD

e

Federica Burla Moritz FutscherWaar gaat je onderzoek over?

Wat was je eerste reactie op je cum laude promotie?

“Ik was en ben nog steeds ontzettend blij en ook trots op de erkenning. Mijn PhD verdediging was ongewoon: in plaats van in de aula van de VU gebeurde het op Zoom. een klein groepje vrienden zat op de bank, terwijl ik aan de keukentafel zat, en veel mensen keken mee via de You Tube livestream. De verdedi-ging was bijzonder van het begin tot het einde; ik vond het echt leuk om een intel-lectuele, filosofische discussie te hebben over mijn werk van de afgelopen vier jaar. Ik voelde me een uur lang onge-looflijk alert en de adrenaline raasde door mijn lichaam. Toen ik aan het einde hoorde dat ik een cum laude beoor-deling kreeg was ik erg blij. Het mooie laudatio van mijn promotor Gijsje Koenderink maakte het helemaal af.”

En wat zegt groepsleider en co-promotor Bruno Ehrler?

“Het was geweldig om met Moritz samen te werken. Hij is zonder meer een toponderzoeker, en hij heeft het initiatief genomen om nieuwe onderzoeksrichtin-gen en samenwerkingen te starten. Hij heeft zijn tijd op AMOLF goed gebruikt om te groeien als wetenschapper. Ik ben heel benieuwd hoe het met Moritz verder gaat. Zijn werk kenmerkt zich door het nemen van slimme beslissin-gen en als hij dat blijft doen weet ik zeker dat we nog veel van hem gaan horen.”•

Hoe ziet je volgende carrièrestap eruit?

“Ik ben recent begonnen als wetenschapsredacteur bij elsevier. Ik vind het kritisch beoordelen van nieuw wetenschappelijk onderzoek leuk en bij elsevier heb ik een goed overzicht van de wetenschappelijke ontwikkeling. Het is lastig te voorspellen wat ik over vijf jaar doe. Ik zou graag meer ervaring opdoen in de uit-geverswereld én een actief wetenschappelijk netwerk behouden. Ik denk dat het heel belangrijk is dat wetenschappelijk onderzoek midden in de maatschappij staat en dat we er dus voor zorgen dat iedereen in staat is om meer te weten te komen over wetenschap.”

Wat was je eerste reactie op je cum laude promotie?

“Uit de vragen die de promo-tiecommissie stelde kon ik al een beetje afleiden dat er een kans was dat ik cum laude zou promoveren, maar dat wist ik natuurlijk niet zeker. Toen ik de uitslag hoorde, was ik toch wel erg blij. Dankzij mijn geweldige begeleider Bruno ehrler kon ik onder-zoeken wat me het meest interesseerde. Ik ben Bruno dankbaar voor alles wat hij mij geleerd heeft. Dat ik deze cum laude heb gekregen is de kers op de taart voor vier prachtige jaren bij AMOLF.”

Hoe ziet je volgende carrièrestap eruit?

“enkele weken geleden ben ik begonnen als postdoc bij de Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (eMPA) in Zürich. Hier ga ik mijn kennis van ionenmigratie in zonnecellen toepassen in een nieuw type batterijen die wellicht op termijn de conventionele lithium-ion batterijen gaan vervangen.Vanaf volgend jaar ga ik met mijn Rubicon beurs van NWO een samenwerking opzetten tussen de University of Oxford (VK) en eMPA in Zwitserland over zowel de conversie als opslag van energie.Waar ik over vijf jaar zal zijn? Dat is erg moeilijk in te schatten. Idealiter ben ik dan nog steeds onderzoeker, met wellicht mijn eigen onderzoeksgroep, en werk ik verder aan het grote doel om duurzame energie overal en voor iedereen beschikbaar te maken.”

En wat zegt de promotor Gijsje Koenderink?

“Ik ben ongelooflijk trots op Federica. Ik zat achter mijn eigen keukentafel tijdens de hele promotie ceremonie ook vol adrenaline. Ik was blij ver-rast dat het moment waarop ik Federica de bul mocht over-handigen net zo’n emotioneel moment was als tijdens live promoties. We hebben een prachtig wetenschappelijk avontuur van 4 jaar achter de rug met een geweldige samenwerking, ook met andere onderzoekers binnen en buiten AMOLF. Federica heeft een prachtige basis ge-legd voor verder toekomstig onderzoek waarin we fysica en biologie van weefsels bij elkaar brengen.”•

“Tijdens mijn promotie heb ik theoretisch en experimen-teel onderzoek gedaan naar metaalhalide perovskieten, een categorie van materialen die sterk in de belangstelling staat. De opmerkelijke eigenschap-pen van perovskiet zijn nog maar een paar jaar bekend en in die korte tijd zijn zonnecel-len van perovskieten al bijna net zo efficiënt geworden als de beste silicium zonnecellen. Perovskieten zijn zouten, en kunnen tegen lage kosten en op grote schaal geproduceerd worden. Dit maakt ze interes-sant voor de industrie. Ik heb een theoretisch model ontwik-keld om de opbrengst van deze zonnecellen onder realistische weersomstandigheden te bepalen. Daarmee kan ik schat-tingen maken van de jaarlijkse opbrengst gerelateerd aan de locatie. Het model geeft ook

aan hoe we de perovskieten kunnen verbeteren om een hogere energieproductie te behalen. een van de belangrijkste rede-nen waarom deze materialen nog niet commercieel beschik-baar zijn is dat ze vrij instabiel zijn. Dit wordt veroorzaakt door de migratie van ionen in het materiaal tijdens het ge-bruik. Ik heb een experimentele techniek ontwikkeld om deze mobiele ionen te meten en te kwantificeren. Dankzij AMOLF’s uitstekende wetenschappelijke netwerk heb ik samengewerkt met topgroepen op dit gebied en de migratie van ionen kunnen onderzoeken in zowel zonnecellen als lichtgevende diodes (leds). Onze resultaten helpen bij het stabiliseren van de perovskiet-materialen, wat essentieel is voor de commer- cialisering ervan.”

Op 9 januari promoveerde Moritz Futscher (Hybrid Solar Cells groep) cum laude aan de Universiteit van Amsterdam. Na de succesvolle verdediging van zijn proef-schrift Quantifying the efficiency and stability potential of perovskite-based devices vroegen we hem naar zijn AMOLF-ervaringen en plannen voor de toekomst.

“Mijn PhD verdediging was ongewoon: in plaats van in de aula van de VU gebeurde het op Zoom”

“Uit de vragen van de promotiecommissie kon ik afleiden dat ik cum laude zou promoveren”

OIO’STimo LouisseKatharina TillCesare PaulinImme Schuringa

POSTDOCSPascal NeveuAlex CumberworthJuliane Borchert

STAGIAIRSCorinne OttDuco DoornenbalJoris BusinkMels van eckMartin CaelenMannus SchomakerFabian VromenJelle de VriesChristiaan BuijseJoelle Siewe

Roy HoitinkCedric IseliClaudia ConcuPietro SofiaDaniel SlingerlandRoel van HerkTim SchellekensThomas van BoxmeerRodolfo SubertKyriacos NicolaouPaul van LentSergio PicellaDebora ZrinscakMadelon GeurtsJouke BlumTom StrengersManon WigbersGijs van WeeldenSarah AshworthBram BoogaartsDjordje RadenkovicKaspar Wachinger

GASTENJorik van de GroepCorentin CoulaisGianluca GrimaldiRandy Goldsmith

ONDERSTEUNEND PERSONEELelisa TeunissenSharlene LabotsBas SteenbeekRadjin MoenesarJeanne PfisterYvonne PostCees van der VenDaniel KoletzkiPriscilla Appiah

Nieuwe medewerkers

eliane van Dam (Ultrafast Spectro-scopy) heeft een FP-ReSOMUS Postdoc Fellowship ontvangen voor een positie aan de Ruhr Universität Bochum. De beurs is onderdeel van een gezamen-lijk programma van het Zwitserse onderzoekscentrum NCCR MUST en het Duitse onderzoekscentrum Ruhr explo-res Solvation (ReSOLV). Van Dam gaat onderzoek doen naar de rol van water in elektrolyt-elektrode interacties. Op dit moment is ze nog promovendus in de groep van Huib Bakker. Haar promotie aan de Universiteit van Amsterdam is gepland op 13 november.•


PrIjzeN & beNoemINgeN

Hugo Doeleman gaat met Rubicon naar ZürichOud-promovendus Hugo Doeleman heeft een Rubicon beurs ontvangen van NWO waarmee hij zijn onderzoeksplan ‘De muziek van microgolven’ kan uitvoeren aan de Zwitserse eTH in Zürich. Bij AMOLF maakte Doeleman deel uit van de groep van Femius Koenderink en in zijn onderzoek werkte hij samen met ewold Verhagen (AMOLF) en Robert Spreeuw (UvA). Met zijn proefschrift Hybrid Reso-nators for Light Trapping and Emission Control is Doeleman cum laude gepromoveerd en heeft hij de NWO Natuurkunde proefschriftprijs gekregen.

De muziek van microgolvenDoeleman is van plan microgolven sterk te laten wisselwerken met optische fotonen. Hiervoor maakt hij gebruik van geluidsgolven die opgesloten zitten in een kristal. Deze geluidsgolven kunnen met behulp van supergeleidende circuits door mi-crogolven worden aangedreven. De informatie van deze microgolven kan vervolgens door de geluids-golven worden doorgegeven aan licht. Uiteindelijk zou het mogelijk moeten zijn om verschillende knooppunten met supergeleidende quantumbits in een grootschalige quantumcomputer via licht met elkaar te verbinden.•

Postdoc Fellowship voor eliane van Dam

Erik Garnett lid van tafel Chemie Per 1 september treedt groepsleider erik Garnett toe tot de tafel Chemie van NWO. De tafel Chemie is een van de zeven disciplinaire adviescommissies die NWO in 2018 heeft ingesteld met het doel de samenwerking tussen het NWO eNW-bestuur, het NWO-bureau en ‘het veld’ te faciliteren.•

Martin van Hecke wint Physicaprijs 2020De Physicaprijs 2020 is toegekend aan groepsleider Martin van Hecke (Mechanical Metamaterials). Van Hecke kreeg de prijs vanwege zijn verdiensten op meerdere vlakken: de excellentie en originaliteit van zijn onderzoek, het vernieuwende karakter voor de Nederlandse natuurkunde, zijn inzet voor de jonge generatie en zijn excellente outreach. Hij publiceert regelmatig in toptijd-schriften, maar besteedt ook veel aandacht aan het visualiseren van de gevonden effecten met (YouTube) filmpjes, waardoor hij een breed publiek bij de nieuwe ontwikkelingen betrekt.

Volgens de jury is Van Hecke “een van Nederlands meest inno- vatieve onderzoekers aan het verrassend complexe gedrag van op het eerste gezicht simpele systemen. In zijn werk komen zeer serieuze fysica en begrijpelijke en interessante alledaagse proble-men samen. Van Hecke heeft in de afgelopen jaren in belangrijke mate bijgedragen aan het wereldwijd vormgeven van het nieuwe vakgebied ‘Designer Matter’. Het werk van Martin van Hecke is een voorbeeld van hoe fundamenteel en toepassingsgericht werk hand in hand kunnen gaan.”De Physicaprijs wordt ieder jaar tijdens het Fysica evenement uitgereikt aan een eminente, in Nederland werkzame natuurkun-dige. Dit jaar werd dit evenement op 17 april online gehouden met 700 deelnemende fysici. Van Hecke sprak daar de Physica-lezing uit, getiteld Designer Matter; Emergent Properties, Geometry, Structure and Design. Deze is terug te luisteren op www.fysica.nl. Anne Meeussen, PhD-studente uit de groep van Van Hecke, won de Young Speaker Contest. Daarover leest u meer op pagina 11.

Martin van Hecke is bij AMOLF hoofd van de Designer Matter afdeling en is daarnaast als hoogleraar verbonden aan de Universiteit Leiden.•

Hans Hendrikse (Self-Organizing Matter) heeft op de Netherlands’ Catalysis and Chemistry Conference (NCCC) in Noordwijkerhout (2-4 maart) de prijs gewonnen voor de beste presentatie met zijn voordracht Nanocomposite architectures for catalysis.•

Foto

: AM

OLF

Foto

: elin

e H

utte

rFo

to: H

enk-

Jan

Bollu

ijt

Foto

: bro

n H

ugo

Doe

lem

an

Foto

: prin

tscr

een

van

Van

Hec

ke ti

jden

s Fys

ica

2020


proefschriften januari - juni 2020

HYBRIDIZATION OF

OPEN PHOTONIC SYSTEMS

Kévin Cognée

Universiteit van Amsterdam

GLANCING AT TINY VIBRATIONS:

backaction evading measurements of mechanical

motion close to the quantum regime

Giada La Gala

Technische Universiteit eindhoven

TAILORING ExTRACELLULAR

MATRIx MECHANICS

Federica Burla

Vrije Universiteit Amsterdam

QUANTIFYING THE EFFICIENCY AND STABILITY

POTENTIAL OF PEROVSKITE-BASED DEVICES

Moritz Futscher

Universiteit van Amsterdam

THE MECHANICS OF SOFT POROUS SOLIDS:

from hydrogel dynamics to fibrin compression

Melle Punter

Wageningen University & Research

Documents

amolf news is een uitgave van het nwo-instituut amolf • Juli …...toonaangevend fundamenteel onderzoek aan de fysica van natuurlijke en niet-natuurlijke complexe materie en het